Co to jest filtr górnoprzepustowy?

„Filtr górnoprzepustowy jest dokładnie przeciwny do obwodu filtra dolnoprzepustowego, ponieważ oba elementy zostały zamienione z sygnałem wyjściowym filtrów pobieranym teraz z rezystora wtutaj, ponieważ filtr dolnoprzepustowy zezwalał tylko na przekazywanie sygnałów poniżej punktu odcięcia częstotliwości, ƒc, pasywny obwód filtra górnoprzepustowego, jak sugeruje jego nazwa, przesyła tylko sygnały powyżej wybranego punktu odcięcia, ƒc eliminując wszelkie sygnały niskiej częstotliwości z przebieg. ----- FMUSER"

Treść

1) Obwód filtra górnoprzepustowego

2) Pasmo przenoszenia filtra górnoprzepustowego pierwszego rzędu

3) Częstotliwość odcięcia i przesunięcie fazowe

4) Przykład filtra górnoprzepustowego nr 1

5) Filtr górnoprzepustowy drugiego rzędu

6) Podsumowanie filtrów górnoprzepustowych

7) RC Differentiator

Obwód filtra górnoprzepustowego

W tym układzie obwodów reaktancja kondensatora jest bardzo wysoka przy niskich częstotliwościach, więc kondensator działa jak obwód otwarty i blokuje wszelkie sygnały wejściowe w VIN aż do osiągnięcia punktu częstotliwości odcięcia (ƒC). 

Powyżej tego punktu częstotliwości granicznej reaktancja kondensatora zmniejszyła się na tyle, że teraz działa bardziej jak zwarcie, pozwalając, aby cały sygnał wejściowy przechodził bezpośrednio na wyjście, jak pokazano poniżej na krzywej odpowiedzi filtrów.

Zobacz także: >> Co to jest filtr dolnoprzepustowy i jak zbudować filtr dolnoprzepustowy? 

Pasmo przenoszenia filtra górnoprzepustowego pierwszego rzędu

Wykres Bode lub krzywa odpowiedzi częstotliwościowej powyżej dla pasywnego filtra górnoprzepustowego jest dokładnie przeciwny do tego dla filtra dolnoprzepustowego. Tutaj sygnał jest tłumiony lub tłumiony przy niskich częstotliwościach, a moc wyjściowa wzrasta o + 20dB / dekadę (6dB / oktawa), aż częstotliwość osiągnie punkt odcięcia (ƒc), gdzie ponownie R = Xc. 

Ma krzywą odpowiedzi, która rozciąga się od nieskończoności do częstotliwości odcięcia, gdzie amplituda napięcia wyjściowego wynosi 1 / √2 = 70.7% wartości sygnału wejściowego lub -3 dB (20 log (Vout / Vin)) wejścia wartość.

Widzimy również, że kąt fazowy (Φ) sygnału wyjściowego LEADS tego na wejściu i jest równy + 45o przy częstotliwości ƒc. Krzywa odpowiedzi częstotliwościowej dla tego filtra sugeruje, że filtr może przekazywać wszystkie sygnały do ​​nieskończoności. Jednak w praktyce odpowiedź filtra nie rozciąga się na nieskończoność, ale jest ograniczona właściwościami elektrycznymi zastosowanych komponentów.

Punkt odcięcia częstotliwości dla filtra górnoprzepustowego pierwszego rzędu można znaleźć przy użyciu tego samego równania, co dla filtra dolnoprzepustowego, ale równanie przesunięcia fazowego jest nieznacznie zmodyfikowane, aby uwzględnić dodatni kąt fazowy, jak pokazano poniżej.

Zobacz także: >> Jak zaprojektować filtr dolnoprzepustowy - subwoofer?

Częstotliwość odcięcia i przesunięcie fazowe

 

Wzmocnienie obwodu, Av, które jest podane jako Vout / Vin (wielkość) i jest obliczane jako:

Przykład filtra górnoprzepustowego nr 1
Oblicz częstotliwość odcięcia lub „punkt przerwania” (ƒc) dla prostego pasywnego filtra górnoprzepustowego składającego się z kondensatora 82pF połączonego szeregowo z rezystorem 240 kΩ.

Filtr górnoprzepustowy drugiego rzędu
Ponownie, podobnie jak w przypadku filtrów dolnoprzepustowych, stopnie filtrów górnoprzepustowych można połączyć kaskadowo, tworząc filtr drugiego rzędu (dwubiegunowy), jak pokazano.

 

Powyższy obwód wykorzystuje dwa filtry pierwszego rzędu połączone lub połączone kaskadowo, tworząc sieć drugiego rzędu lub dwubiegunową sieć górnoprzepustową. Następnie stopień filtrowania pierwszego rzędu można przekształcić w typ drugiego rzędu, po prostu używając dodatkowej sieci RC, takiej samej jak dla filtra dolnoprzepustowego drugiego rzędu. Powstały obwód filtra górnoprzepustowego drugiego rzędu będzie miał nachylenie 2 dB / dekadę (40 dB / oktawę).

Podobnie jak w przypadku filtra dolnoprzepustowego, częstotliwość odcięcia ƒc jest określana przez rezystory i kondensatory w następujący sposób.

W praktyce kaskadowe filtry pasywne razem w celu uzyskania filtrów wyższego rzędu są trudne do dokładnego wdrożenia, ponieważ impedancja dynamiczna każdego rzędu filtrów wpływa na sąsiednią sieć. Aby jednak zmniejszyć efekt obciążenia, impedancja każdego kolejnego stopnia może być 10 razy większa od poprzedniego, więc R2 = 10 * R1, a C2 = 1/10 wartości C1.

Zobacz także: >> Filtry dolnoprzepustowe: to, co masz i robisz z tym! 

Podsumowanie filtrów górnoprzepustowych
Widzieliśmy, że pasywny filtr górnoprzepustowy jest dokładnie przeciwny do filtra dolnoprzepustowego. Ten filtr nie ma napięcia wyjściowego z prądu stałego (0 Hz), aż do określonego punktu częstotliwości odcięcia (ƒc). Ten dolny punkt częstotliwości odcięcia wynosi 70.7% lub -3dB (dB = -20log VOUT / VIN) dozwolonego przejścia napięcia.

Zakres częstotliwości „poniżej” tego punktu odcięcia ƒc jest ogólnie znany jako pasmo zatrzymania, natomiast zakres częstotliwości „powyżej” tego punktu odcięcia jest ogólnie znany jako pasmo przejścia.

Częstotliwość odcięcia, częstotliwość narożną lub punkt -3 dB filtra górnoprzepustowego można znaleźć, stosując standardową formułę: ƒc = 1 / (2πRC). Kąt fazowy wynikowego sygnału wyjściowego przy ƒc wynosi + 45o. Zasadniczo filtr górnoprzepustowy jest mniej zniekształcający niż jego równoważny filtr dolnoprzepustowy z powodu wyższych częstotliwości roboczych.

Bardzo powszechnym zastosowaniem tego typu filtra pasywnego jest zastosowanie wzmacniaczy audio jako kondensatora sprzęgającego między dwoma stopniami wzmacniacza audio oraz w systemach głośnikowych w celu kierowania sygnałów o wyższej częstotliwości do mniejszych głośników „wysokotonowych” podczas blokowania sygnałów niskich tonów lub stosowany również jako filtry w celu zmniejszenia szumów niskiej częstotliwości lub zniekształceń typu „dudnienie”. 

W przypadku takiego zastosowania w aplikacjach audio filtr górnoprzepustowy jest czasami nazywany filtrem „low-cut” lub „bass cut”.

Napięcie wyjściowe Vout zależy od stałej czasowej i częstotliwości sygnału wejściowego, jak pokazano wcześniej. Z sinusoidalnym sygnałem prądu przemiennego przyłożonym do obwodu zachowuje się jak prosty filtr górnoprzepustowy pierwszego rzędu. Ale jeśli zmienimy sygnał wejściowy na sygnał w kształcie „fali prostokątnej”, który ma prawie pionowy skokowy sygnał wejściowy, reakcja obwodu zmienia się dramatycznie i wytwarza obwód znany powszechnie jako różnicowy.

Zobacz także: >> Samouczek podstawowych filtrów RF 

RC Differentiator

Do tej pory zakładano, że fala wejściowa do filtra jest sinusoidalna lub fali sinusoidalnej składającej się z sygnału podstawowego i niektórych harmonicznych działających w dziedzinie częstotliwości, co daje nam odpowiedź w dziedzinie częstotliwości dla filtra. Jeśli jednak zasilimy filtr górnoprzepustowy sygnałem fali prostokątnej działającym w dziedzinie czasu, który daje impuls lub odpowiedź krokową, kształt fali wyjściowej będzie składał się z impulsu lub impulsów o krótkim czasie trwania, jak pokazano.

Obwód różnicowy RC

Każdy cykl fali wejściowej fali prostokątnej wytwarza dwa impulsy na wyjściu, jeden dodatni i jeden ujemny, i którego amplituda jest równa amplitudzie wejściowej. Szybkość zaniku impulsów zależy od stałej czasowej, wartości (RC) obu składników, (t = R x C) i wartości częstotliwości wejściowej. Impulsy wyjściowe coraz bardziej przypominają kształt sygnału wejściowego wraz ze wzrostem częstotliwości.

Może Ci się spodobać:

Jaka jest różnica pomiędzy AM i FM?

Czym jest FM (modulacja częstotliwości)?

Jakie są różnice między AM i FM Radio Sygnały?

Modulacja częstotliwości Zalety i wady

Odbiornik AM vs odbiornik FM | Różnica między odbiornikiem AM a odbiornikiem FM

Zostaw wiadomość 

Lista komunikatów